| JP2002322897 | CUTTING METHOD BY ROTARY BLADE |
| JP2002266314 | METHOD AND DEVICE FOR MELTING PAINT FOR ROAD MARKING |
| JP2001073318 | SURFACE CUTTING MIXING MACHINE |
OLIVARES GODOY, Marcelo Alberto (Avenida Edmundo Pérez Zujovic, 7982, Antofagasta - Código Postal 17, 12640, CL)
UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE (Avenida Angamos 0610, Antofagasta - Código Postal 09, 12707, CL)
OLIVARES GODOY, Marcelo Alberto (Avenida Edmundo Pérez Zujovic, 7982, Antofagasta - Código Postal 17, 12640, CL)
| REIVINDICACIONES 1. Método para inspeccionar neumáticos que permite detectar in situ fallas, estado de degradación del caucho o condición interna del neumático, CARACTERIZADO porque dicho método comprende las siguientes etapas: a. Calibrar con parámetros determinados un equipo ultrasónico; b. Determinar el espesor remanente de caucho de dicho neumático y determinar su condición de desgaste respecto del espesor original; c. Ejecutar a través de dicho equipo ultrasónico, un barrido ultrasónico sobre dicho neumático, el cual consiste en ingresar dentro de dicho espesor remanente de caucho de un neumático, ondas de ultrasonido de alta reserva energética perfectamente acondicionadas; d. Recibir los ecos de respuesta provenientes de reflexiones producidas por fallas o discontinuidades internas en dicho neumático, obteniendo información de su condición interna a través de la interpretación de dichos ecos. 2. Método para inspeccionar neumáticos de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque dichas ondas de ultrasonido son ondas cuadradas de alta reserva energética producidas por corriente alterna. 3. Método para inspeccionar neumáticos de acuerdo a la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque dichas ondas cuadradas pueden ser usadas con su peak positivo, negativo, o bien ondas no rectificadas tipo radiofrecuencia. 4. Método para inspeccionar neumáticos de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 3, CARACTERIZADO porque dicha emisión de ondas de ultrasonido y recepción de ecos de respuestas se realizan mediante el uso de un solo transductor del tipo Emisor/Receptor, el cual interactúa con una única pared del contacto con dicho neumático. 5. Método para inspeccionar neumáticos de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 3, CARACTERIZADO porque dicha emisión de ondas de ultrasonido y recepción de ecos de respuestas se realiza mediante el uso de dos transductores los cuales interactúan con dos superficies de contacto de dicho neumático, respectivamente. 6. Método para inspeccionar neumáticos de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 5, CARACTERIZADO porque dichas ondas de ultrasonido son del tipo ondas longitudinales cuadradas emitidas en forma de paquetes o pulsos a intervalos regulares de magnitud y dirección predeterminadas. 7. Método para inspeccionar neumáticos de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 6, CARACTERIZADO porque la frecuencia de dichas ondas de ultrasonido está en el rango 0,10 a 2,50 MHZ y preferentemente entre 0.5 y 1. 8 Mhz. 8. Método para inspeccionar neumáticos de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 7, CARACTERIZADO porque la ganancia de reserva energética de dichas ondas de ultrasonido está en el rango 40 dB a 75 dB, preferentemente se utiliza un valor de 60 dB. 9. Método para inspeccionar neumáticos de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 8, CARACTERIZADO porque la velocidad de propagación de dichas ondas de ultrasonido está en el rango 1.200 a 2.500 m/s, preferentemente se utiliza el rango 1. 500 a 2. 000 m/s. 10. Método para inspeccionar neumáticos de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 9, CARACTERIZADO porque el ángulo de incidencia de dichas ondas de ultrasonido es de (0°) cero grado. 11. Método para inspeccionar neumáticos de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 10, CARACTERIZADO porque el amortiguamiento de dichas ondas de ultrasonido está en el rango 200 - 400 Ohm, preferentemente utilizado el valor 300 Ohm. 12. Método para inspeccionar neumáticos de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 11, CARACTERIZADO porque el filtro de dichas ondas de ultrasonido está en el rango 0,1 a 1,5 MHZ y preferentemente se utiliza el valor de 0,8 Mhz. 13. Método para inspeccionar neumáticos de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 12, CARACTERIZADO porque la potencia de dichas ondas de ultrasonido está en el rango 100 a 500 Volts, preferentemente en el valor 400 Volts. |
MEMORIA DESCRIPTIVA
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un método que comprende la aplicación específica de una onda ultrasónica perfectamente elaborada y acondicionada para interactuar con el caucho y mediante una determinada técnica detectar fallas, heterogeneidades y falta de continuidad en todo neumático gigante de grandes dimensiones, llamados fuera de carretera OTR (Off the Road Tires), utilizados en toda faena minera de cualquier parte del mundo. Se hace especial referencia, a los neumáticos de camiones de alto tonelaje utilizados para el transporte de mineral, cargadores de palas, equipos de movimiento de tierra, pailoaders, tractores, etc. y en general, a toda maquinaria de faenas mineras con aros desde 22 hasta 70 pulgadas. Dicha técnica permite verificar, evaluar y determinar daños internos del neumático, también estados de degradación del caucho, utilizando ondas de ultrasonido más depuradas en sus modos no rectificada tipo radiofrecuencia y tipo onda cuadrada.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Respecto de sus características físicas, el caucho, como principal componente utilizado en la fabricación de todo neumático, está conformado estructuralmente por largas cadenas lineales de polímeros. Sus componentes principales son: "caucho natural" que se forma a partir de poli (cis-isopreno) y el "caucho sintético" que se obtiene normalmente a partir de una polimerización de estireno y butadieno.
Las proporciones exactas y la adición de otros elementos que se incorporan en la fabricación de cada tipo de neumático, es información confidencial muy celosamente guardada por los fabricantes. Estas cadenas lineales de polímeros, se entrecruzan mediante un proceso que se llama vulcanización para evitar que se deslicen unas con otras y además, transforma estas cadenas lineales en una red tridimensional, uniendo entre sí varias cadenas mediante nudos. El producto resultante se conoce como "elastómero". Respecto del comportamiento elástico versus la temperatura del caucho, en ausencia de perturbaciones, las cadenas de un elastómero se encuentran conformando el llamado ovillo estadístico, pero si se aplica una fuerza exterior, la muestra es capaz de aumentar su tamaño sin modificar los ángulos de valencia ni las longitudes de enlace, sino simplemente, pasando a conformaciones más extendidas. Es decir, el caucho está formado por moléculas largas capaces de estirarse o comprimirse al aplicar una fuerza externa; cuando desaparece esta fuerza extema, la cadena recupera su distribución de equilibrio, de modo que el proceso es reversible. La entropía es la magnitud fundamental en el proceso de estiramiento: cuando las cadenas se estiran disminuye su entropía, por lo que al cesar la fuerza de estiramiento las cadenas vuelven al estado inicial aumentando la entropía. En esto se basa la teoría sobre la elasticidad de los cauchos.
Respecto de la incidencia de otro estado de excitación, se puede estudiar fácilmente el comportamiento del caucho con la temperatura. En un sencillo experimento, se sujeta la goma de caucho por un extremo a un clavo en una pared y colgamos del otro extremo un objeto que mantenga la goma estirada; marcando de alguna manera la posición del extremo de la goma. Si ahora calentamos la goma con aire caliente, se comprobará que ésta, en vez de estirarse, se acorta, al revés de lo que ocurre con los metales que al calentarlos se dilatan. Esto es porque cuando se calienta el material sus moléculas se mueven cada vez más enérgicamente al aumentar la temperatura.
Las causas por la que fallan los neumáticos son varias, las más recurrentes son: sobre carga, sobre presión, caminos inadecuados, exceso de temperatura, fatiga de material, mala operación, etc.; algunas de ellas son inevitables por ser faenas mineras de alta exigencia productiva; sin embargo, no por ello exentas de minimizar sus estragos. La meta es prolongar la vida útil de cada neumático maximizando su rendimiento unitario.
Considerando el proceso de generación de una falla por causas de sobrecarga o del TKPH (tonelada kilómetro por hora), existirá siempre un periodo de incubación del daño o del mínimo estado de evolución, es en este estado de inicio, el mejor momento para detectar una discontinuidad en régimen de fisura o de micro grieta. El concepto básico de la mecánica de fractura nos dice: todos los materiales utilizados en ingeniería al ser sobrepasados sus límites de resistencia mecánica, manifiestan sus "dolencias" o estados de "incomodidad" en servicio mediante síntomas de fatiga los cuales modifican sus características mecánicas o estados de agitación operativa, traducido en aumento de temperatura de servicio, la que finalmente genera el colapso o la falla catastrófica. Por otro lado, desde el punto de vista del análisis de falla, la ruptura final es una consecuencia manifiesta de un estado de relajamiento o de alivio de tensiones del material. La ingeniería del diseño considera y espera siempre que los materiales sean sometidos a esfuerzos o solicitaciones mecánicas que estén dentro de sus límites de fluencia (deformación elástica), pero que no sobrepasen sus máximos valores de tensión, para que primero, no se alteren sus características mecánicas y, segundo, no se rompan. La degradación del material a la postre, siempre configura un cuadro de síntomas asociados a la presencia de falla. En la actualidad, en todo proceso de extracción de mineral, el neumático se ha convertido en un elemento de sacrificio de alto costo. Es sometido a altas solicitaciones y severos esfuerzos mecánicos; por su diseño, en él se generan zonas neurálgicas o puntos concentradores de esfuerzos altamente susceptibles de producir fallas. Cuando el camión cargado pasa por curvas el neumático se exige, en él se configuran complejos modelo de esfuerzos dinámicos con componentes de altísimos valores de tensión, obviamente, no considerados en el diseño, siendo éstos más severos y peligrosos cuando sus parámetros operativos, presión de inflado y carga, son sobrepasados y no se compadecen con las especificaciones. Por otra parte, los ultrasonidos son ondas acústicas de naturaleza idéntica que las ondas sonoras, diferenciándose de éstas en que su frecuencia se encuentra muy por encima de la zona audible. En el espectro acústico se pueden distinguir las tres bandas siguientes: a) Infrasónica: Frecuencias inferiores a 16 ciclos/segundo Hertz (Hz). b) Sónica (audible): Frecuencias comprendidas entre 16 Hz y 20 (Khz.) c) Ultrasónica: Frecuencias superiores a los 20 kHz. El límite de frecuencia no está definido físicamente, dependiendo en la práctica de la posibilidad de su generación y recepción. Como origen de los métodos de Ensayo no Destructivo (END) para identificar fallas en neumáticos, se puede considerar la conocida prueba de percusión en que la muestra se golpea con un martillo y el sonido emitido es percibido por el oído. Sin embargo, los primeros ensayos no destructivos mediante ultrasonidos aplicados en otros materiales distinto a los cauchos propiamente tal, fueron aplicados por Sokolov, en el año 1929, para detectar la presencia de heterogeneidades, midiendo la caída de la intensidad acústica transmitida en el material cuando un haz de ultrasonidos atraviesa el objeto examinado en el que existen heterogeneidades o defectos: hoy es el "método por transparencia". Posteriormente, Firestone en el año 1942, aplicó el principio del "sonar", que se utilizaba para la localización de buques y para realizar medidas en profundidades marinas. Esta modalidad, se utilizó para la detección de heterogeneidades en los materiales mediante una señal reflejada, que hoy en día se conoce como "método pulso-eco". Las ondas ultrasónicas se propagan aprovechando las propiedades elásticas de los cuerpos y, por ello, requieren de la existencia de un medio material (átomos y moléculas), es decir, a diferencia de las ondas electromagnéticas, estas no pueden propagarse en el vacío. La propagación de energía ultrasónica a través de un medio dado se efectúa gracias a la vibración de sus partículas constituyentes y a la interacción derivada de sus fuerzas cohesivas. Así, cada partícula constituyente del medio de propagación se comporta como un oscilador que vibra sometido a fuerzas derivadas de una perturbación de su posición de equilibrio con respecto a sus vecinas. El avance o propagación de esa perturbación es lo que se conoce como "onda", en tanto que las ondas en medios elásticos podrían ser llamadas ondas mecánicas. Las ondas mecánicas se caracterizan porque la energía se propaga a través de la materia mediante el movimiento regular y constante de una perturbación que avanza por la materia, sin que haya una traslación de la materia misma. Las ondas ultrasónicas se han dividido en distintos tipos, atendiendo a su forma o modo de propagación. Las ondas longitudinales son aquellas en las cuales las partículas del medio de transmisión se mueven en la misma dirección de la propagación, en tanto que las ondas transversales, son aquellas en las cuales las partículas vibran en ángulo recto con la dirección de aquélla. Un sólido isotrópico es capaz de propagar ambos tipos de ondas, por lo que en inspección ultrasónica se emplean tanto ondas longitudinales como transversales. Bajo condiciones adecuadas, es posible transmitir vibraciones ultrasónicas de amplitud considerable mediante ondas superficiales, en las cuales el movimiento de las partículas describe una trayectoria elíptica en el plano formado por la dirección de propagación y uno perpendicular a la superficie, siendo el eje menor de ella paralelo a la dirección de propagación. Este tipo de ondas, muy semejantes en su mecánica a las ondas que se propagan sobre la superficie libre de un líquido. Son conocidas como ondas Rayleigh. La velocidad de propagación de las ondas longitudinales, transversales y superficiales, en un medio dado, depende sólo de la naturaleza de éste. Más precisamente, es una función de su módulo de Young, de su densidad y de su módulo de Poisson.
La propiedad de los ultrasonidos de propagarse en forma de haces con muy poca divergencia, es de fundamental importancia en la capacidad de este método para ubicar y dimensionar defectos internos en los materiales. Otro fenómeno físico asociado a los ultrasonidos, interesante desde el punto de vista de sus aplicaciones, es el de la atenuación. Este fenómeno que se refiere a la pérdida de amplitud de las ondas durante su propagación a través de un determinado material; sería causado por cuatro mecanismos distintos: dispersión, fricción interna, histéresis elástica y disipación térmica. Las pérdidas por dispersión son aquellas que ocurren cuando la onda atraviesa las pequeñas discontinuidades o heterogeneidades que significan, por ejemplo, los granos y bordes de grano típicos de la estructura metalográfica de la mayoría de los materiales de la ingeniería. En cada una de esas, una parte de la energía es dispersada en forma de ondas que, reflejadas o refractadas se apartan del haz principal.
Por otra parte, entre los mismos granos se produce, al vibrar al paso de una onda ultrasónica, una fricción viscosa que disipa en forma de calor parte de la energía de la misma. En general, los sólidos no tienen un comportamiento elástico perfecto y cualquier perturbación mecánica produce dislocaciones y alteraciones en el ordenamiento de los átomos o moléculas del material. Estos fenómenos absorben a su vez energía del haz ultrasónico, disminuyendo la amplitud de sus oscilaciones. Por último, un pulso ultrasónico que se propaga a través del material, va causando que éste pase alternadamente de estados de compresión a estados de expansión, produciéndose calentamientos y enfriamientos, aunque no perfectamente adiabáticos. Cuando un pulso ultrasónico incide sobre la interfase entre su medio de propagación y otro de distinta naturaleza, parte de su energía pasa al segundo medio en forma de una onda transmitida y parte de ella permanece dentro del primero en forma de una onda reflejada. En consecuencia, la cantidad de energía que refleja una interfase entre dos medios dados depende de la disimilitud acústica entre ambos. Las características más importantes de las ondas de ultrasonido (US), del punto de vista de las aplicaciones en los ensayos de materiales, son los parámetros que se definen a continuación:
Frecuencia (f; 1/T; [Mhz])
Es el número de oscilaciones que experimenta una partícula dada en cada segundo. La frecuencia, dentro de una misma onda, es la misma para todas las partículas y es igual a la frecuencia del generador, la cual se puede elegir arbitrariamente.
Longitud de Onda Es la distancia entre dos planos en los que las partículas se encuentran en el mismo estado de movimiento. Es inversamente proporcional a la frecuencia.
Longitud de Onda (λ ; L; [mm]) Velocidad Acústica (v; L/T; [Km. /s])
Es la velocidad de propagación de las ondas para una condición dada, por ejemplo, de una zona de compresión. Esta velocidad es una característica del material y, en general, es constante para un material dado, para cualquier frecuencia y cualquier longitud de onda. Entre la velocidad acústica, la frecuencia y la longitud de onda existen las siguientes relaciones: λ = V/f
Impedancia Acústica (Z; M/L 2 T; [Kg. /m 2 s]
La impedancia acústica es una resistencia que se opone a la vibración de la onda. Si un medio posee una impedancia baja, ofrecerá poca resistencia a las deformaciones elásticas causadas por las ondas; mientras que, por el contrario, si la impedancia es elevada, el medio ofrecerá gran resistencia a las deformaciones elásticas. La impedancia por lo tanto, se opone a la vibración de los elementos de masa, pero no a la propagación de la onda. Se define la impedancia acústica de acuerdo a: Z= V. p
En donde . p corresponde a la densidad y "v" a la velocidad acústica en el material. Se puede apreciar que la impedancia acústica es una constante del material.
Presión Acústica (P; M/LT 2 ; [Pa]) En las zonas de compresión del material, la presión es mayor que la presión normal, mientras que en las zonas dilatadas o expandidas es menor. Esta presión alterna es la presión acústica, y tiene lugar no sólo en los gases, sino también en los sólidos y en los líquidos. La desviación máxima en relación con la presión normal, es decir, sin onda acústica, se. denomina: amplitud de la presión acústica y está íntimamente relacionada con la amplitud de oscilación. En el caso de las ondas planas y esféricas, la presión acústica y la amplitud máxima de oscilación están relacionadas por:
Z=pv=ZωA
Expresión en que Z es la impedancia acústica y CO uencia angular (00^27Uf).
De esta fórmula se deduce que para las ondas longitudinales, la presión acústica como fuerza por unidad de superficie normal a la superficie de onda y, para las ondas transversales, la fuerza cortante por unidad de superficie paralela a la superficie de la onda. Energía acústica específica (E e ; M/LT 2 ; [W/m 3 ]
La propagación de una onda se caracteriza por un transporte de energía y no de masa. La energía presente en la unidad de volumen del medio (que avanza con la velocidad acústica) se denomina energía específica de la onda. En el caso de ondas planas y esféricas se expresa según:
E e = 1/2pv 2 =1/2pωA 2 = Y 2 P 2 /ωv 2 = MlP 2 IZy
Esta fórmula relaciona la amplitud, A y la presión acústica, P, con la energía acústica específica E e .
Intensidad Acústica (I, M/T 3 ; [w/m 2 ])
Es la cantidad de energía que pasa por unidad de área en la unidad de tiempo y viene dada por el producto de la energía específica y la velocidad acústica, obteniéndose para el caso de ondas planas y esféricas las siguientes expresiones:
I = 1/2pCv 2 =1/2Zv 2 =1/2Zώ 2 A 2 1/2P 2 /Z
Amplitud (A, L; [mm]
Es el desplazamiento máximo de una partícula desde su posición cero. Se mide en mm. La onda de verdadero carácter audible es la onda longitudinal. En ella las oscilaciones tienen lugar en la dirección de propagación de la onda. Debido a que están activas en ellas fuerzas de compresión y dilatación, se les denominan también ondas de presión y debido también a que su densidad de partículas fluctúa se les ha dado, también el nombre de ondas de densidad. Pueden propagarse en todos los medios: gases, líquidos y sólidos y se consideran el tipo de ondas más sencillo y utilizado dentro de la tecnología ultrasónica. Tanto es así, que prácticamente todos los palpadores o transductores de ultrasonidos, emiten ondas longitudinales y, a partir de ellas, se generan los restantes tipos, bien sea, por la geometría del medio o por la conversión del modo de vibración. La velocidad de propagación específica, depende del módulo de elasticidad, módulo de cizalle y del coeficiente de Poisson del material o medio de propagación
En la propagación de la onda acústica se considera "superficie límite" aquélla que separa dos medios con propiedades elásticas diferentes. Es evidente que si un material se encuentra rodeado de un espacio vacío, no puede transmitir ningún tipo de onda acústica y la onda retorna de un modo y otro. Si otro material se encuentra adherido al primero, la onda acústica se propagará, si bien más o menos alterada en dirección, intensidad y modo. Para el estudio del comportamiento de las ondas ultrasónicas en superficies límites, conviene distinguir dos casos: que el haz incida perpendicular o normal u oblicua o angular. Si una onda acústica cuyo frente de onda es plano alcanza la superficie límite entre dos medios, con un ángulo de 90°, una parte de la energía de la onda se refleja y vuelve al primer medio en la misma dirección que la incidente; otra parte, se propagará al segundo medio manteniendo su dirección y sentido.
Se debe asumir que la propagación de una onda se caracteriza por un transporte de energía y no de masa. La ley de conservación de la energía nos dice: "en la naturaleza nada se destruye todo se transforma". Esto implica que cuando a un cuerpo o material que se encuentra en equilibrio elástico, con todas sus partículas equilibradas por fuerzas elásticas, se le entrega una cierta cantidad de energía, las partículas superficiales comunicarán la energía recibida a las partículas vecinas y éstas a su vez a las siguientes, produciéndose así una propagación de la energía a través de todas las partículas del medio. Pero como normalmente todos los cuerpos tienen a su alrededor una superficie límite que puede ser aire, un sólido o un líquido, toda la energía incidente sobre un cuerpo no será transmitida a través de él, sino que una cierta cantidad de esta energía será reflejada por esta superficie límite. Dado que el aire y en general los gases atenúan fuertemente la transmisión del sonido, se deduce la conveniencia del empleo de un medio acústicamente conductor, interpuesto entre el palpador y la muestra de ensayo, que desplace la película de aire existente entre ellos y permita el ingreso de la presión acústica incidente al material a examinar. Los medios de acoplamiento acústico son líquidos más o menos viscosos. En general se trata de compuestos orgánicos pastosos los cuales deberán poseer las siguientes características: • Mojar la superficie del material a examinar como también la del palpador de manera de eliminar la capa de aire entre ambos.
• Fácil aplicabilidad.
• No deben escurrir demasiado rápido sobre la superficie
• Ser homogéneo y libre de burbujas o partículas sólidas que pueden reflejar o desviar el haz de US.
• No ser corrosivo ni tóxico.
• Tener una impedancia acústica intermedia entre el material a examinar y el transductor. Los medios de acoplamiento más utilizados son los siguientes:
Agua: Al agua deberán agregarse agentes humectantes, desgasificantes y antioxidantes. Se usa principalmente en la técnica de inmersión.
Aceite liviano: Es el medio acoplante más utilizado en la técnica por contacto. Permanece en la superficie por largo tiempo. Deberán preferirse los aceites con aditivos humectantes.
Glicerina: Es un medio acoplante excelente por su adecuada impedancia acústica como también por su buena adherencia a las superficies. En general no se usa puro sino con dos partes de agua y un poco de agente humectante.
El uso de glicerina es el medio acoplante utilizado en la inspección de neumáticos OTR. Cuando se habla del campo sonoro, éste se considera desde el punto de vista de su definición, como ilimitado. A cada punto del espacio se le puede hacer corresponder la amplitud de presión que reina en el mismo y que en ciertos casos podrá ser nula. El conjunto de estos puntos y sus valores de presión acústica, constituye el campo acústico que más exactamente tendría que llamarse, campo de presión acústica variable. La forma en que se distribuyen las presiones acústicas en el espacio es una característica de cada fuente sonora. Sin embargo, en estricto rigor, la herramienta mediante la cual se detectan heterogeneidades en un material no es el palpador en sí, sino del campo acústico producido por el mismo.
En un material ideal, la presión acústica se atenúa sólo en virtud de la divergencia de la onda. Según esto, en una onda plana la presión acústica no se atenúa a lo largo de su propagación y en una onda esférica, o también en el campo lejano del haz ultrasónico de un palpador, la presión acústica disminuye inversamente con la distancia a la fuente.
Sin embargo, los materiales sólidos dan lugar a un efecto más o menos pronunciado, de atenuación que se traduce en una debilitación de los ultrasonidos, este fenómeno se refiere a la pérdida de amplitud de las ondas durante su propagación debido a dos causas: la dispersión y la absorción, constituyendo ambas, la atenuación (denominada también amortiguación o extinción).
Las' pérdidas por dispersión se deben a que los materiales no son estructuralmente perfectamente homogéneos. Contienen pequeñas superficies límites o interfases, en las que la impedancia acústica cambia bruscamente, debido a la diferente densidad o velocidad acústica de los materiales, de su naturaleza, condición o estados diferentes entre dichas interfases.
Estas heterogeneidades pequeñas pueden ser en el caso de los materiales metálicos, inclusiones (no metálicas), poros, precipitados de grafito como en el caso de las fundiciones grises, cuyas propiedades elásticas son muy distintas a las de la ferrita, fases en la estructura cristalina de diferente composición, etc. En cada una de esas discontinuidades, una parte de la energía es dispersada en forma de ondas que, reflejadas o refractadas se apartan del haz principal.
Por otra parte, entre los mismos granos al vibrar por el paso de una onda ultrasónica, se produce una fricción viscosa que disipa en forma de calor parte de su energía inicial. Este fenómeno se conoce con el nombre de absorción; podemos decir entonces, que la absorción es una conversión directa de la energía ultrasónica en calor de la que son responsables varios procesos. Se puede explicar la absorción, de forma elemental como un efecto de frenado de la oscilación de las partículas, lo cual explicaría también el por qué una oscilación rápida pierde más energía que una lenta. La absorción aumenta generalmente con la frecuencia, pero en menor grado que la dispersión.
ARTE PREVIO
Tradicionalmente, la forma de reconocer en un neumático la existencia de una eventual falla, es realizando la llamada "prueba de percusión", que consiste en golpear con el puño, martillo u otro elemento contundente el sector en cuestión, captando a oído desnudo "diferencias" en la claridad del sonido percibido entre dos zonas adyacentes; lo cual de producirse, es señal de que existe alguna perturbación. Posteriormente, el personal de reparaciones, para verificar la presencia y magnitud de la supuesta y a veces inexistente falla, socava la zona con un escariador, desgarrando el material hasta verificar por destrozo la magnitud del daño. Una vez realizado esto, lo típico es que la dimensión final de la socavación exceda los límites recomendados por el fabricante para realizar una reparación. En consecuencia, el neumático así mutilado, es dado de baja y su remanente de goma desaprovechado. En este escenario, es incuestionable y muy beneficiosa toda acción que se tome tendiente a introducir en este ámbito, nuevas prácticas de trabajo altamente tecnificadas que aumenten eficientemente los índices de rendimiento de las unidades y confiabilidad.
En virtud de lo explicado anteriormente, la presente invención resuelve este problema del arte, haciendo ingresar ondas ultrasónicas en modo radiofrecuencia u onda cuadrada, que interactúan con el caucho de los neumáticos gigantes OTR (Off the Road Tire) y a través de sus ecos nos proporcionan información de falla, estado de degradación y de su condición interna.
Se pueden considerar como documentos cercanos en el estado de la técnica a la invención propuesta, el WO2004019028A2, JP7103949A y WO 1990002946 A.
El documento WO2004019028A2 protege un aparato portátil operable para la inspección por medio de ultrasonido, adaptado particularmente para examinar container. El aparato envía un pulso de ultrasonido para que sea reflejado por la pared posterior del contenedor y obtener información del eco recibido como respuesta, y con ello establecer cierta información sobre el contenido del container.
Hace mención a la invención de un aparato de ultrasonido con forma de pistola ("Pistola ultrasónica") que utiliza dos transductores con frecuencias de 200 Khz y de 1 Mhz, diseñado para identificar sustancias o materiales dentro de un recipiente hermético o contenedor sellado. El rango de frecuencias lo hace de aplicación muy limitada muy específica de reducida versatilidad; y no puede ser utilizado en la inspección de neumáticos; por ser el caucho un material de difícil transparencia al ultrasonido, de modo que la tecnología de este instrumento es insuficiente. Es un aparato de inspección ultrasónica particularmente adaptado para examinar el contenido de recipientes herméticos que no pueden abrirse y otros de dudosa procedencia. Dicho contenido puede ser un líquido, algún material semi-sólido o sólido. Su forma es como la de una pistola que se opera y sujeta manualmente, en cuyo extremo o punta delantera se ubican dos transductores ultrasónicos de alta y baja frecuencia, más un sensor de temperatura. Esta parte del aparato es la que se coloca en contacto con la superficie de la pared del contenedor a inspeccionar. Un pulso ultrasónico con tecnología básica, sale de la pistola y es introducido en el contenedor, el cual viaja o se transmite a través de las paredes y del líquido o material contenido. Este pulso ultrasónico inicial sufre en su recorrido transformaciones o modificaciones, ya sea por temperatura, tipo de material del contenedor, tiempo y distancia recorrida; que tendrán que ver a la postre, con las dimensiones del recipiente o contenedor y las características físicas del contenido. Estas transformaciones se verán reflejadas en el "eco" de fondo o señal de retorno modificada que llega al instrumento, el cual vía procesador electrónico, las entrega en forma de onda específica, digitalizada, que debe interpretar el operador. El cual obviamente, ha hecho sus calibraciones previas, ingreso de datos para la medición, ajuste de parámetros, etc.
La gran mayoría de los materiales utilizados en ingeniería, son transparentes al ultrasonido; sin embargo, algunos presentan mayor grado de dificultad para ser atravesados, como es el caso del "caucho". Recordemos que las ondas ultrasónicas son ondas acústicas de idéntica naturaleza que las ondas sonoras, diferenciándose sólo de éstas, en que su frecuencia se encuentra muy por encima de la zona audible: están la infrasónica, frecuencias inferiores a 16 ciclos/seg. (Hz). Sónica (audibles) frecuencias comprendidas entre 16 Hz y 20 (Khz.). Ultrasónicas (inaudibles) frecuencias superiores a los 20 (Khz.). Las ondas ultrasónicas se propagan aprovechando las propiedades elásticas de los cuerpos y por ello requieren de la existencia de un medio material (átomos y moléculas) es decir, a diferencia de las ondas electromagnéticas, no pueden propagarse en el vacío. Cuando una onda ultrasónica llega a la superficie de un material, deforma elásticamente un plano de átomos, el cual a su vez, transmite dicha deformación a los planos atómicos vecinos, debido a las interacciones existentes o fuerzas de cohesión interatómicas. De esta forma la onda ultrasónica penetra y viaja en un cuerpo determinado. La energía presente en una onda ultrasónica crea el esfuerzo oscilatorio necesario para producir el movimiento del primer plano, el cual se transmite a los otros planos en el interior del material con una velocidad determinada, propia de cada material.
Finalmente, si un material cristalino tiene propiedades elásticas prácticamente constantes, independiente del sentido desde el cual se presente desde fuera un efecto mecánico, entonces se dice que este material es "elásticamente isótropo", y se habla de una reducida "anisotropía elástica" del material. Los materiales con anisotropía elástica reducida suelen ser transparentes al sonido y, por regla general, pueden verificarse perfectamente por ultrasonidos, En síntesis, podemos decir, que un material con ordenada y uniforme "textura" posee buena transparencia a los ultrasonidos.
No obstante, como ya se ha dicho, en el caso de los cauchos la situación cambia radicalmente. Los cauchos pertenecen a la familia de los polímeros, particularmente a los llamados elastómeros, y para nada estos materiales representan un medio perfectamente adiabático, homogéneo, uniformemente ordenado para la transmisión del ultrasonido. Sus moléculas son alargadas y desordenadas y cuando son excitadas consumen alta energía que se atenúa mayormente por dispersión, porque deforman en muchas direcciones por su condición amorfa. Solamente mediante el proceso de vulcanizado se logra una estructura tridimensional que también mejora sus propiedades mecánicas.
Dadas estas dificultades, en el campo de los Ensayos no Destructivos, sólo existían débiles e inconclusos intentos de ensayos en cauchos realizados por algunos fabricantes de equipos. Por otra parte, la presente invención, como ya se ha visto, no radica en el diseño de un aparato o instrumento generador de ondas ultrasónicas; sino más bien consiste y busca proteger la culminación del desarrollo de la técnica ultrasónica y aplicabilidad de sus parámetros para realizar la detección de fallas en neumáticos OTR, independiente de un equipo o instrumento ultrasónico en particular que podría emplearse.
Asimismo, la pistola ultrasónica utiliza transductores de 200 Khz y de 1 Mhz, por lo tanto, su funcionalidad está limitada a estas frecuencias. La goma vulcanizada de los neumáticos, dependiendo de algunas características físicas y mecánicas, requiere para su inspección rangos de frecuencia desde los 0,3 Mhz hasta los 2,5 Mhz.
La pistola ultrasónica utiliza solamente en su circuito de alta frecuencia la forma de onda cuadrada. Es decir hasta 1 Mhz, condición que descarta absolutamente el poder utilizar este aparato en la inspección de neumáticos.
La presente invención considera el uso de onda sin rectificar es decir, en el modo "radiofrecuencia". Lo que nos permite desplegar importantes opciones de rectificación y modo de la onda, de manera de elegir la modalidad que nos entregue un oscilograma más claro y preciso por todo el espesor de barrido. Por su parte, la pistola ultrasónica, entre otras cosas, no tiene esta importante ventaja porque no es un equipo pensado en la versatilidad, tampoco está diseñado para aplicaciones especiales en materiales de difícil penetración como lo es el caucho.
La "pistola ultrasónica" no tiene la opción de hacer despliegues en pantalla, en frecuencias de hasta 25 Mhz., que nos permite realizar el "barrido ultrasónico" abarcando importantes extensiones de espesor sobre la banda de rodadura en los neumáticos. Esta modalidad es utilizada en cada inspección para mejorar los tiempos de ensayo.
La precisión del ensayo ultrasónico en neumáticos es muy dependiente de los cambios de temperatura del caucho y al parámetro que más afecta es la velocidad de sonido que como ya hemos dicho, es una característica específica. Es más, se ha comprobado que para un mismo tipo de neumático distinto fabricante, se da también distinta velocidad de sonido. Teóricamente la goma vulcanizada tiene una velocidad de sonido de 3.6 Km. /seg.; su densidad es de 1.1 a 1.6 gr. /cm3; su impedancia acústica es de 0.25 a 0.37 gr. /cm2-seg. La pistola ultrasónica trabaja ingresando manualmente en su ajuste inicial la velocidad de sonido del material que supuestamente se espera encontrar en su interior, pero sin compensar las variaciones que se puedan presentar como las señaladas anteriormente.
El documento WO 1990002946 A protege un aparato del tipo estación de control de calidad ultrasónica, para inspeccionar neumáticos convencionales (llantas) y detectar defectos. El dispositivo hace girar la (llanta) con un régimen constante y tiene dos dispositivos transductores, uno de transmisión que dirige una pluralidad de estallidos sucesivos colimados de energía ultrasónica contra la cara de la (llanta) y el transductor de recepción desde un lado de la (llanta).
Es un aparato estacionario de componentes hidráulicos, eléctricos y mecánicos, fijado al piso por un determinado sistema de anclaje. Es de un tamaño suficiente para inspeccionar por ultrasonido neumáticos convencionales de automóviles o vehículos livianos de no más allá de ciertos tamaños. Ha sido pensado para ser instalado en la etapa de control de calidad de la línea de producción, de una planta de fabricación de neumáticos en serie; para detectar eventuales daños estructurales muy propios de los procesos de fabricación. La ingeniería y desarrollo pone énfasis en el diseño del aparataje mecánico más que en la tecnología del sistema de inspección. Su funcionamiento consiste en que sobre un eje accionado por un motor se instala el neumático a ser inspeccionado. Fijados a un brazo colocado sobre la banda de rodado, están instalados 16 mini-transductores emisores de ultrasonidos y por el lado posterior de la banda de rodado e interior del neumático, están colocados cuidadosamente distribuidos en forma de abanico, igual número de transductores receptores. Se hace girar el neumático a una velocidad constante de 2 a 3 minutos la vuelta completa, sincronizada con la emisión y recepción de la energía ultrasónica colimada de los transductores. De detectarse la presencia de defecto en el neumático, el mecanismo provee un sistema de marcado automático con tinta de la zona en cuestión. Posee una consola de control donde se despliega digitalmente toda la información de los resultados de la inspección además del ingreso de los datos pertinentes.
Por su parte, la presente invención es una aplicación de los ultrasonidos, que apunta a inspeccionar in-situ neumáticos gigantes de gran tamaño OTR, de 3,7 metros de diámetro y un peso aprox. de 5.000 Kg. o superior, dado que la invención en sí, es una técnica de aplicación de los ultrasonidos, ultra portátil, donde intervienen un especialista analista de ultrasonido y un instrumento de 2,6 Kg. de peso aprox., sujetado con un arnés; no requiere instalaciones de ningún tipo. Es evidente que la estación de control de calidad ultrasónica del arte previo, no podría servir para estos fines porque los neumáticos a analizar son gigantes, cuyas fallas emergentes requieren ser diagnosticadas en faena. La naturaleza de los defectos que se pueden producir en el proceso de fabricación de los neumáticos convencionales de vehículos livianos, no guardan relación en cuanto a su generación, con las fallas o daños que se producen en servicio en los neumáticos gigantes. Las causas que generan las fallas en estos neumáticos de gran tamaño, tienen asociado complejos estados tensionales que terminan con severos agrietamientos del caucho de difícil pronóstico: pequeñas grietas o separaciones nacen en estos puntos concentradores de esfuerzos que a veces, al poco andar, terminan desencadenando grandes fallas que para detectarlas; es preciso contar con: "nuevas técnicas de trabajo e instrumentos de avanzada tecnología con un sin número de bondades y ventajas electrónicas necesarias para efectuar diagnósticos más precisos". También el personal operador-analista de ultrasonidos debe ser altamente calificado, con conocimientos teóricos específicos y amplios conocimientos en defectología y ciencia de los materiales. Para inspeccionar los neumáticos gigantes no sirve un mecanismo pequeño e inmóvil como la referida estación de control de calidad ultrasónica, porque es un aparato muy acotado adaptado y diseñado para neumáticos convencionales, que trabaja con el sistema mecanizado GoNoGo, que solo requiere para su operación una persona con mínima capacitación. Finalmente, el documento JP7103949A, divulga un sistema para obtener una alta sensibilidad de defecto-detección de un neumático a través de una prueba ultrasónica. Utiliza un método en donde los pulsos ultrasónicos se transmiten de un vibrador ultrasónico y se propagan solamente a través de un medio ultrasónico y del neumático
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1. Muestra un diagrama de flujo de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a la culminación de un proceso investigativo diseñado para la detección de fallas, producidas en neumáticos gigantes de grandes dimensiones llamados fuera de carretera OTR (Off The Road), para determinar el estado de degradación o condición interna del caucho, mediante tecnología del ultrasonido que utiliza ondas del tipo radiofrecuencia o del tipo onda cuadradas. El proceso consiste en que estas ondas deben estar perfectamente acondicionadas para que puedan transmitirse a través del caucho, produzcan reflexiones o ecos de respuesta, provenientes de discontinuidades, proporcionándonos indicaciones de su condición interna.
Con referencia a la figura 1, se distinguen las siguientes fases en el procedimiento de detección de fallas. Fase 1. Recepción Solicitud de Inspección: Esta fase del proceso de inspección se refiere a la recepción por parte del equipo a cargo del servicio de una instrucción para realizar la inspección, la cual puede ser verbal, o formalizada mediante un documento denominado orden de servicio o de trabajo. Fase 2. Definición del lugar y condiciones de la inspección: Esta fase del proceso de inspección consiste en señalar el lugar físico exacto en donde se realizará la inspección. Si es en terreno o en talleres; post operación o post-reparaciones. Fase 3. Recopilación de información pertinente del neumático a Inspeccionar: Esta fase del proceso de inspección se refiere a la recopilación de todos los antecedentes o la información previa pertinente para enfrentar de mejor manera la inspección: Reporte de reparaciones, Hoja de vida del neumático, Motivo y urgencia de la solicitud de inspección, Condiciones de operación, Verificación de síntomas relevantes en la operación, entre otros. Fase 4. Definir Tipo de Inspección:
Esta fase del proceso de Inspección se refiere al alcance de la inspección; si se trata de una inspección parcial en un sector localizado del neumático, o bien 100 %. Esta definición debe ser realizada siempre, ya que este proceso permite distribuir y manejar de manera adecuada los tiempos y recursos necesarios. Fase 5. Realizar Inspección Visual:
Esta fase del proceso de Inspección se refiere a realizar una inspección visual del sector en cuestión, de modo de crear una imagen particular de su estado. En esta fase, los analistas deben emplear la mayor cantidad de esfuerzos "imaginativos" y de conocimientos de la génesis de las fallas, ya que de aquí en adelante irá conformando la progresión y orientación del daño por detectar, y para ello, se debe apoyar en elementos de juicio tanto cuantitativos, como cualitativos. En esta fase se define el método de inspección a utilizar. Fase 6. Cálculos Manuales: Esta fase del proceso de Inspección se refiere a realizar los cálculos básicos preliminares de los espesores involucrados, previos al ajuste del equipo.
Se desea conocer el espesor residual R (actual) de la banda de rodado del neumático.
Fase 7. Ajuste o calibración del equipo:
Esta fase "ajuste o calibración del equipo" se refiere a la adecuación precisa de las variables electrónicas, de las cuales derivan la fijación de los parámetros ultrasónicos para realizar las mediciones.
Estos parámetros se configuran para cada neumático debido a que por causas del servicio en el tiempo, han visto modificadas sus características mecánicas y acústicas. En este ámbito cabe destacar el comportamiento de la velocidad acústica con la temperatura; si el neumático tiene una temperatura sobre los 35 ° C, el caucho mejora su transparencia al ultrasonido y por ende modifica su velocidad de sonido.
De lo anterior se desprende que existen parámetros o ajuste referencial típico, pero además también existe un conjunto de parámetros únicos para cada neumático.
Fase 8. Lecturas ultrasónicas puntuales:
Esta fase del proceso de Inspección se refiere a la obtención de lecturas muy localizadas para delimitar rápidamente las fronteras de la zona dañada, para posteriormente pasar a la etapa del "Barrido Ultrasónico" que es un sondeo continuo sin levantar el transductor de la goma, para delimitar exactamente las dimensiones de la falla y su topografía. En esta fase se obtiene en 3D el volumen o espacio exacto de la falla que afecta al neumático. Fase 9. Análisis de la Información:
Esta fase del proceso de Inspección se refiere al análisis de toda la información recabada en las fases de:
• Obtención de información adicional • Inspección visual.
• Lecturas ultrasónicas puntuales.
Posterior al análisis, el equipo de técnicos está en condiciones de emitir un diagnóstico de la(s) falla(s) y sus posibles causas. Fase 10. Diagnóstico y Conclusiones:
Esta fase del proceso de inspección se refiere a la emisión del diagnóstico de falla, magnitud, criticidad, variable cualitativa y cuantitativa y sus causas probables asociadas.
Fase 11. Recomendaciones y Sugerencias:
Esta fase del proceso de inspección se refiere a la emisión de un pronóstico y recomendaciones respecto del estado general del neumático, implica estudio de la relación riesgo-beneficio, restricciones de servicio, viabilidad de reparaciones o eliminación definitiva.
Fase 12. Emisión Informe Técnico:
Esta fase del proceso de Inspección se refiere a la emisión del informe final de inspección, este informe contiene, entre otros, los siguientes datos:
• Número del informe y fecha
• Fecha y lugar de Inspección.
• Número de serie o matrícula del neumático.
• Modelo del neumático: diseño de la banda y compuesto. • Imagen digital de apoyo de zonas relevantes dañadas.
• Imagen digital zona de barrido demarcada y cantidad de lecturas.
• Desgaste
• Esquema radial del neumático sectorizando el sector dañado.
• Observaciones generales.
Con relación al procedimiento de inspección, se debe recordar que las ondas de ultrasonido, son ondas acústicas con distinto modo de vibración, cuya frecuencia está en el rango de los 20Hz a 20 Khz.; por encima de lo percibido por el oído humano. La inspección ultrasónica en neumáticos, representa un diálogo interactivo entre el analista, su instrumento y el neumático ensayado, trilogía estrechamente ligada e interdependiente, que no admite debilidades en ninguna de sus partes, porque está concebida para entregar resultados altamente confiables. Para que el haz ultrasónico penetre en el neumático, éste debe tener varias características y condiciones físicas especiales que el operador-analista de ultrasonidos debe ajustar en el instrumento.
En lo específico, si se conoce el espesor que debe tener el neumático, es factible inferir que si el eco recorre una menor distancia de la esperada, entonces existe una interferencia que interrumpe el viaje del ultrasonido por el neumático. Esta interferencia puede ser producto de cualquier elemento de impedancia acústica distinta del caucho o una discontinuidad en el material; pudiendo ser evaluadas y dimensionadas con un alto grado de precisión y confiabilidad en el diagnóstico. Por lo tanto, de acuerdo a lo anterior, es posible establecer que el objetivo y propósito final de la invención, consiste en detectar mediante el ultrasonido la presencia de falla, reflector o interferencia, en el interior del caucho de un neumático OTR, con el objeto de evaluar su condición interna.
También, es posible señalar, que esta técnica logra solucionar el problema de penetrar el caucho con ultrasonido en espesores por sobre los 200 mm; cambiando el paradigma y temor del pasado que suponían que esto no era posible.
El caucho, materia prima en la fabricación de neumáticos, está constituido de largas cadenas de polímero. Las cadenas de polímeros se entrecruzan, mediante un proceso que se llama vulcanización, para evitar que se deslicen unas con otras. El proceso de vulcanización transforma las cadenas lineales en una red tridimensional, uniendo entre si diversas cadenas mediante nudos, y el producto se conoce como elastómero.
En ausencia de perturbaciones las cadenas de un elastómero conforman el llamado "ovillo estadístico". Si se aplica una fuerza exterior sobre una muestra de caucho, dicha muestra es capaz de aumentar su tamaño sin modificar los ángulos de valencia ni las longitudes de enlace, sino simplemente, pasando a conformaciones mas extendidas. Es decir, el caucho de los neumáticos está formado por moléculas largas capaces de estirarse o comprimirse al aplicar una fuerza externa, recuperando la molécula su estado de equilibrio cuando desaparece esta fuerza. Por lo tanto, el proceso es reversible. La conformación de este ovillo estadístico de estructura amorfa en el caucho, mencionado anteriormente, no es posible hacerlo vibrar con la onda ultrasónica senoidal, debido a las altas pérdidas de energía ultrasónica producidas por atenuación y dispersión. Por lo tanto, es necesario modificar el estímulo o perturbación, introduciendo en el neumático una onda de forma distinta y de alta reserva energética. Para ello, la invención utiliza "ondas cuadradas", que son ondas producidas por corriente alterna, cuya característica principal, es que cambia rápidamente entre los valores máximos y mínimos sin pasar por rangos intermedios, como ocurre con las ondas senoidales o triangulares. De ese modo, las cadenas de elastómeros al ser impactadas por ondas de alta energía, responden ordenadamente a dichos estímulos, chocando a sus vecinas también ordenadamente, hasta disipar toda su energía.
Como conclusión se ha establecido que para detectar fallas utilizando ultrasonido en los neumáticos OTR, el equipo detector de fallas ultrasónico debe contener como característica general ser un emisor de ondas cuadradas ajustables y un emisor de impulsos de peaks rectificados negativos o positivos, además de emitir ondas no rectificadas.
El emisor de ondas cuadradas ajustables, conjuntamente con el filtro de banda estrecha, logran una penetración en el material y una relación señal-ruido óptima que los ubica en el primer lugar para esta aplicación. Las funciones de tratamiento de señales del equipo deben incluir un ancho de banda de 25 Mhz para la medición de lugares más delgados, un emisor de ondas cuadradas ajustable para optimizar la penetración en sectores más gruesos o muy atenuantes y filtros de banda estrecha para mejorar la relación entre la señal y el ruido en aplicaciones de elevada ganancia. De lo anterior y producto de un sinnúmero de ensayos empíricos realizados, se deducen dos técnicas de inspección para ser utilizadas en neumáticos: Pulso-Eco y Transmisión a Través. El procedimiento Pulso-Eco, está basado en el efecto de eco que un "reflector" (heterogeneidad en el seno de la muestra en la superficie de la misma) produce al ser "iluminado" por un haz de ultrasonido. En este método, el oscilador receptor, separado o formando una unidad con el emisor (cristal único), recoge el "eco" del reflector transformándolo en la indicación correspondiente, por lo que opera siempre por reflexión. Dentro de estos métodos cabe distinguir los que miden solamente el tiempo de recorrido de los ultrasonidos (T), limitados a aplicaciones concretas de metrología, medidores de espesores; de los que miden ambos parámetros, intensidad acústica y tiempo de recorrido (IT), los cuales son más versátiles para aplicaciones más extendidas en el campo de la defectología, en los ensayos de materiales. Para evitar la superposición permanente de señales de tiempo recorrido y por ende indicaciones erráticas en el instrumento; es preciso recurrir al sistema de excitación por pulsos; de ahí la denominación pulso-eco.
Por otra parte, los equipos de pulso-eco de medida de la intensidad acústica y del tiempo de recorrido (IT), como ya hemos señalado, emiten pulsos acústicos cortos, a intervalos constantes, de manera que se obtiene una respuesta periódica función del tiempo de recorrido del pulso acústico desde el oscilador emisor, al cristal piezoeléctrico receptor, al igual que en el caso descrito anteriormente. El pulso acústico recibido o "eco", procedente de su reflexión en una heterogeneidad o en una superficie límite de la muestra, se transforma en una señal o pulso eléctrico, que se visualiza según una indicación en la pantalla de cristal líquido cuya altura del peak es proporcional a la presión acústica del eco reflejado por el obstáculo.
El método Pulso- Eco para el caso de los neumáticos OTR, utiliza un solo palpador o transductor tipo E/R (emisor/receptor) y requiere una sola pared de contacto. Este palpador de haz recto, y ondas longitudinales (ondas transversales en el caucho no sirven) introduce en el caucho ondas cuadradas, en forma de paquetes o pulsos, a intervalos regulares de magnitud y dirección predeterminada. Los pulsos se propagan dentro del material hasta encontrar una interfase que provoque una reflexión total o parcial de los mismos, de tal modo que puedan ser recogidos o captados por el mismo palpador. La proporción o menor amplitud de energía reflejada (eco), es altamente dependiente del tamaño y orientación de la superficie reflectante en relación a la energía del haz incidente. El método Transmisión a Través, tiene como diferencia fundamental con la técnica Pulso-Eco que utiliza dos transductores los cuales siempre deben estar ubicados uno frente del otro y muy bien alineados; con el material a examinar de por medio. Un transductor es emisor y el otro receptor (E+R); por lo mismo, requiere de dos superficies de contacto accesibles, lo cual es una importante desventaja respecto del método pulso-éco, sobretodo cuando se requiere hacer la inspección en un neumático montado en el camión. Sin embargo, su ventaja es que por tener un solo recorrido, mayor es la reserva de ganancia o "volumen acústico" de la onda, por lo tanto, se compensan de mejor modo las altas pérdidas de energía por atenuación. La selección del método más adecuado a utilizar lo debe definir según su experiencia el operador analista de ultrasonidos. De todas maneras, el método pulso-eco, es el más ampliamente utilizado.
Para interpretar los resultados obtenidos, es esencial conocer sobre fallas producidas en neumáticos; sus causas y desarrollo, de tal forma de tener in-situ las explicaciones lógicas, de lo que nos está "diciendo" el instrumento. El barrido ultrasónico es el equivalente a navegar imaginariamente por toda la banda de espesores involucrados y por todos sus accidentes. El operador analista debe ser capaz de dibujar mentalmente una imagen tridimensional de lo que está viendo en su equipo.
Los parámetros que deben ajustarse en la onda cuadrada, deben graduarse según lo siguiente, para un espesor de material: 150 a 400mm, preferentemente el espesor total de la pared del neumático a inspeccionar.
• Frecuencia: 0,10 MHZ a 1,5 MHZ., preferentemente se utilizan rango de 0,27 a 1.3 Mhz.
• Ganancia: de 40db a 75db., preferentemente se utiliza un valor equivalente al 80 % del armónico valor 72.2 dB óptimo.
• Velocidad de propagación de la onda desde 1.200 a 2.500 m/s, preferentemente se utiliza el rango 1.810 a 2.200 m/seg.
• Ángulo de incidencia de la onda de 0.0°
• Un amortiguamiento de la onda de 200 a 400 Ohm, preferentemente se utilizan rango de 350 a 400 Ohm.
• Filtro de la onda de alta o baja de 0.1 a 1.5 MHZ, preferentemente se trabaja en media onda + 0, 3 — 0,8 Mhz cuando es rectificada, o en Radiofrecuencia.
• Una potencia de la onda de 100 a 500V, preferentemente en valor óptimo 400 V.
Una vez calibrados estos valores se procede a realizar el barrido ultrasónico por sobre la superficie de rodadura de los sectores de interés, poniendo especial énfasis en aquellas zonas o puntos concentradores de esfuerzos en donde se producen las fallas.
Para obtener un buen acoplamiento entre transductor y superficie del neumático, se utiliza una glicerina acoplante con agente humectante de una impedancia acústica similar al material ensayado, también pueden ser aceites minerales de baja viscosidad. Los resultados obtenidos son prolijamente analizados en términos de identificar las causas de las fallas y daños detectados, evaluar sus características y magnitud, un enfoque cuantitativo y cualitativo. En cada inspección, el antecedente que se solicita al mantenedor es la hoja de vida del neumático, o "Tire Life", en el cual aparecen: horas de servicio, N° de camión, N° interno de la unidad, N° de serie, posición de trabajo, fecha instalado, fecha retiro y motivo, nombre fabricante, medidas, diseño o tipo de entramado de la banda de rodado, etc. Finalmente se incluye el diagnóstico y pronóstico de su estado, con conclusiones y recomendaciones de operación riesgosa con restricciones o también, operación normal sin restricciones. Se emite por cada neumático inspeccionado un Informe Técnico de Inspección con toda la información pertinente, con imágenes digitales de la zona dañada e imágenes de apoyo en 3D. La presente invención, presenta como ventajas fundamentales y esenciales,entre otras, las siguientes:
• Aumento del rendimiento unitario de cada neumático traducido en más horas de uso.
• Toma de decisiones rápida e in situ: envío a reparación del neumático; montaje o desmontaje del neumático.
• Diagnóstico confiable del estado del neumático en tiempo real.
• Diagnóstico completo en tres dimensiones de la magnitud de la falla.
• Reducción de costos: gastos por transporte innecesarios
• Fin de mala práctica de destruir y mutilar el neumático buscando a ciegas el daño para repararlo.
• Fin de la necesidad de trasladar el neumático a talleres sólo para buscar eventuales daños.
• Fin de prolongados tiempos ocupados para detectar eventuales fallas por métodos manuales tradicionales e imprecisos.
• Se facilita y potencia la reparación menor preventiva de los neumáticos. • Se mejora la disponibilidad y control de stocks de repuesto y se optimiza la evaluación de neumáticos factibles de reparación.
• Se ha demostrado que al aplicar ultrasonido, las características de la falla se pueden determinar en forma exacta y, lo más relevante en términos de manejar adecuadamente la disponibilidad de unidades, lo cual permite proyectar muy certeramente el momento más adecuado de retiro del servicio.
• Se logra un mayor rendimiento al reinstalar neumáticos "enfermos" no reparables en posiciones de operación más aliviadas de menor exigencia operativa cuando éstos están con restricción o en estado de emergencia.
Finalmente, este examen ultrasónico particular y específico, en virtud de sus bondades técnicas desarrolladas, se constituye actualmente como una Herramienta para el Mantenimiento Sintomático Predictivo en Neumáticos Gigantes OTR, la cual permite detectar precozmente una falla, hacerle seguimiento, controlar su evolución, evaluar y recomendar su reparación, en el momento más oportuno.
Next Patent: COMPOSITION FOR PRODUCING A FUNGICIDE AND A BIOLOGICAL BACTERICIDE